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【信息技术】微纳光纤及其应用进展(4):微纳光纤结型激光器
醉卧青云 2015-11-23
导语

由于微纳光纤制作方便,并具有优良的光学特性,研究者们开展了许多微纳光纤器件和应用的研究。这部分内容将重点介绍微纳光纤在激光器方面的研究进展。

基于结型谐振腔较高的品质因子和良好的结构稳定性,2006年,姜校顺等用结型腔实现了稀土掺杂的微型激光器[72]。所用的微纳光纤由铒镱共掺的块状玻璃 (Er3+的浓度为1.25 mol%,Yb3+的浓度为2.35 mol%)拉制而成。泵浦光通过单模光纤拉锥耦合进入谐振腔,信号光的收集则利用另一个光纤拉锥从结型腔外耦合输出,实验装置如图9所示。

图9 微纳光纤结型激光器实验装置示意图,光学显微镜照片来自[72]。

                

图 10 在975 nm的激光泵浦时,Er:Yb共掺玻璃微纳光纤的结型腔激光器得到的输出光谱。微纳光纤直径为3.8 mm,微环的直径为2 mm (a) 泵浦功率小于阈值时的荧光输出谱;(b) 泵浦功率大于阈值时的单纵模激光输出;(c) 单纵模激光输出功率和泵浦光功率的关系[72]。

实验中使用975 nm波长的激光作为泵浦光,逐步增加泵浦光功率,当泵浦激光功率小于激射阈值,能明显地观察到谐振腔的多个纵模,如图10a所示;当泵浦激光功率高于激射阈值时,在输出端可以得到单纵模输出, 如图10b所示。其边模抑制比高达47 dB,线宽小于0.05 nm。图10c给出了输出激光功率和泵浦功率的关系,图中可见激射阈值约5 mW,在最大泵浦功率12.8 mW时,最大输出功率约为8 mW。李宇航等理论分析了该类激光器的工作特性[73],表明如果实验参数选择合适,激光器结型腔的尺寸可以小至数十微米。

结型腔激光器的增益除了可由微纳光纤内部掺杂离子提供外,还可由微纳光纤周围环境中的有源物质来提供。2007年,姜校顺等报道了基于倏逝波增益的微纳光纤结型染料激光器[74],通过将氧化硅微纳光纤结型腔浸入罗丹明(Rh6G)染料的乙烯乙二醇溶液,然后用532nm激光激发,获得染料激光输出,如图11所示。

                          

图11 基于倏逝波增益的微纳光纤结型腔染料激光器。(a) 532 nm激光的泵浦时的荧光照片,氧化硅微纳光纤结型腔的直径为450 mm,罗丹明乙烯乙二醇溶液的浓度为5 mM;(b) 直径为350 mm的结型腔染料激光器的激光光谱。氧化硅微纳光纤直径为3.9 mm,泵浦波长为532 nm,功率为23.5 mJ/pulse[74]。

此外,杨青等通过光学显微镜下的微纳操作,将ZnO半导体纳米线附着于氧化硅微纳光纤结型腔壁,形成有增益的谐振腔[75],在适当的泵浦条件下,实现较低阈值的ZnO半导体纳米线激光输出。丁晔等将ZnO、CdS、CdSe三种不同的半导体纳米线附着于同一根氧化硅微纳光纤上,实现了复合型多波长激光器[76]。

(未完待续)

(本文原创,作者清华大学李宇航博士,授权发布)


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作者 醉卧青云

博士生

哈尔滨工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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